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Changements de la circulation atmosphérique tropicale et conséquences lors du changement climatique Thèse de doctorat de luniversité Paris 6 présentée.

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1 Changements de la circulation atmosphérique tropicale et conséquences lors du changement climatique Thèse de doctorat de luniversité Paris 6 présentée par : Guillaume Gastineau

2 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Source: GIEC AR4 Le réchauffement climatique La concentration dans latmosphère des gaz à effet de serre (CO2, CH4, NOx et CFC) a fortement augmenté depuis lépoque préindustrielle, Il est probable que le réchauffement des 2 dernières décennies soit induit par les émissions anthropiques de gaz à effet de serre, Pour établir des études dimpact, il est important de comprendre comment le climat va changer Time (before 2005) Source: GIEC AR4

3 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Introduction sur la circulation générale de latmosphère dans les tropiques Image composite Infrarouge du 24/06/ UTC (à partir de Satmos Website) ITCZ Latitudes Longitudes Subtropiques

4 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Origine des circulations atmosphériques Les zones tropicales recoivent un excès dénergie, Mise en mouvement de latmosphère et de locéan, La circulation générale de latmosphère décrit lensemble de ces mouvements. Excès dénergie Deficit dénergie TOA flux (W/m²) ISCCP Moy. Annuelle Latitude Sol OLR Atm. TOA SW NET Bilan Radiatif SW NET OLR SW

5 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Circulation de grande échelle dans les tropiques Fonction de courant méridienne (10 10 kg/s), ERA40 Circulation de Hadley Latitudes Pression Moy. Annuelle Ascendance au niveau de lITCZ Subsidence au niveau des subtropiques Une cellule dans lhémisphère dhiver lors des saisons DJF/JJA. Circulation de Walker Ascendance au niveau du Pacifique Ouest Subsidence au niveau du Pacifique Est Webster (1983)

6 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Comment la circulation générale de latmosphère tropicale est susceptible de changer en réponse au changement climatique dorigine anthropique? Problématique: Utilisation de modèles de circulation générale (GCM Global Circulation Model). L. Fairhead 1. Modèles couplés Océan/Atmosphère 2. Modèles idéalisés permettant de simplifier le système climatique

7 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Plan de la soutenance de thèse : Introduction I. Contexte: le changement climatique et la circulation générale de latmosphère II. La circulation atmosphérique de grande échelle et ses changements dans les GCMs III. Mécanismes à lorigine des circulations grandes échelles dans des simulations idéalisés III.1. Impacts des changements de SST sur les circulations de grande échelle III.2. La circulation générale de latmosphère dans un GCM aqua-planète Conclusion et Perspectives

8 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Plan de la soutenance de thèse : Introduction I. Contexte: le changement climatique et la circulation générale de latmosphère II. La circulation atmosphérique de grande échelle et ses changements dans les GCMs III. Mécanismes à lorigine des circulations grandes échelles dans des simulations idéalisés III.1. Impacts des changements de SST sur les circulations de grande échelle III.2. La circulation générale de latmosphère dans un GCM aqua-planète Conclusion et Perspectives

9 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Le changement climatique des GCMs couplés Source: GIEC AR4 Augmentation des gaz à effet de serre Modèles couplés Océan Atmosphère (GCM couplé) Prédiction de changement climatique [CO 2 ] T (an) 70 1CO 2 2CO 2 +1%/an A2 A1B B Scénario CMIP

10 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. QRQR Advection horizontale Advection vertical Réchauffement Diabatique Derivé temporelle avec, Stabilité Statique Le changement climatique des GCMs couplés Équation thermodynamique: Q C -Q R

11 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. QRQR Advection horizontale Advection verticale Réchauffement Diabatique Derivé temporelle avec, Stabilité Statique Le changement climatique des GCMs couplés Équation thermodynamique: Augmentation de +6% (IPSL- CM4) Augmentation de +12% (IPSL-CM4) ω Q C -Q R Diminution de la circulation tropicale humidité Température OLR

12 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. z T(k) ΓmΓm Γ m = csteΓ m (T) La stabilité de latmosphère Le changement de la stabilité verticale des GCMs Source: GIEC AR4 Latmosphère est plus stable dans un climat réchauffé, La circulation diminue en moyenne pour transporter la même quantité dénergie statique sèche. q s (T s )q s (T s +ΔT) Adiabatique

13 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Les Variations du cycle hydrologique des GCMs couplés

14 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Les Variations du cycle hydrologique des GCMs couplés Bilan deau au niveau des branches ascendantes des circulations de Hadley et Walker (Held et Soden, 2005 dans J. Climate): Or : q RH q s (T) On a : M u q P A cause des arguments précédents, le flux de masse convectif M u, or q, Laugmentation des précipitation des GCMs lors du changement climatique est de +1 à 3 %/K. ΔRH0Δq s =+7%/K P (M u q) CL div(uq) FT Pour 1K de réchauffement en surface Clausius Clapeyron

15 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Bilan des mécanismes responsable des changements de circulation Humidité Augmente Précipitation Augmente Refroidissement radiatif augmente Stabilité Statique Augmente Affaiblissement de la circulation tropicale Augmentation de la température de surface Quel est lintensité de ces mécanismes? Peut-on quantifier leurs influences respectives sur la circulation tropicale? Ces mécanismes sont-ils applicables pour la circulation de Hadley? Laire relative entre zones convectives/subsidentes change-t-elle? Et le transport de chaleur dans les tourbillons? Questions ouvertes: ? ? ? ? Océan Continent Atmosphère

16 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Plan de la soutenance de thèse : Introduction I. Contexte: le changement climatique et la circulation générale de latmosphère II. La circulation atmosphérique de grande échelle et ses changements dans les GCMs III. Mécanismes à lorigine des circulations grandes échelles dans des simulations idéalisés III.1. Impacts des changements de SST sur les circulations de grande échelle III.2. La circulation générale de latmosphère dans un GCM aqua-planète Conclusion et Perspectives

17 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Les changements de la circulation de Hadley dans les GCMs Données : 18 modèles couplés de la base de données AR4 1CO 2 contrôle préindustriel 2CO 2 doublement du CO 2 2CO 2 TRC: changement transitoire 2CO 2 STA: changement stabilisé Comment change la circulation de Hadley dans les modèles couplés? T (an) 70 1CO 2 2CO 2 CMIP TRCSTA [CO 2 ]

18 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Changement de circulation de Hadley lors du changement climatique Fonction de courant méridienne (10 10 kg/s), Moyenne Multi-modèle DJF JJA Déplacement en altitude de la cellule de Hadley déplacement de la tropopause, Déplacement significatif vers les pôles des branches subsidentes des cellules, Affaiblissement de la circulation de Hadley (non significatif). On choisit deux indicateurs des cellules de Hadley : max(| |) et | =0 500hPa λSλS λNλN λ Eq λSλS λNλN Latitude Pression significativité > 90%

19 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Intensité de la circulation de Hadley Peu daccord entre les modèles couplés dans lintensité des circulations de Hadley, Affaiblissement des modèles lors de 2CO 2. Saison Δmax(| |) JJA-7.2% DJF-12.4% Bilan: Tableau: Changement Intensité des cellules de Hadley (moyenne AR4)

20 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. N DJF 1.1° vers le N S JJA 1.0° vers le S | N - Eq | DJF +0.9° de largeur | s - Eq | JJA +1.4° de largeur Extension de la circulation de Hadley Extension vers les pôles des branches subsidentes, Déplacement vers les pôles des branches subsidentes, confirme résultat des simulations scénarios (lu et al., 2007, GRL), Les cellules de Hadley sélargissent en moyenne, car peu de déplacement des branches ascendantes. Tableau: Déplacement des cellules de Hadley (moyenne AR4) S JJA (en ° latitude)

21 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Mécanismes des changements de circulation tropicale On utilise les sorties détaillées du modèle IPSL-CM4 : Fonction de courant (10 10 kg/s), modèle IPSL-CM4 DJF JJA Latitude Pression Pour DJF, intensification de la cellule de Hadley et peu de déplacement vers les pôles. Pour JJA, Changement conforme aux GCMs couplés de lAR4,

22 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Vitesse verticale diagnostiquée par léquation thermodynamique Avec : Léquation thermodynamique sécrit: avec, On peut montrer que : On décompose alors la variation du flux de masse par une linéarisation: Par exemple :

23 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Vitesse verticale diagnostiquée par léquation thermodynamique Pour JJA, laffaiblissement de la circulation de Hadley est expliqué par laugmentation de la stabilité statique. A partir du Modèle IPSL-CM4 Décomposition: Calcul à partir de sorties à 500hPa Branche Ascendante Branche Subsidente

24 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. BILAN: Les GCMs couplés de lAR4 montrent lors de la simulation 2xCO 2 en régime stabilisé ou transitoire: Un affaiblissement de la circulation de Hadley, Un élargissement des cellules de Hadley. Des diagnostiques sur les modèles couplés montrent : Augmentation SST Stabilité statique Hadley, Les changements daire relative entre zones ascendantes et subsidentes et de flux de chaleur tourbillonnaire ont peu de conséquences sur la circulation de Hadley.

25 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Plan de la soutenance de thèse : Introduction I. Contexte: le changement climatique et la circulation générale de latmosphère II. La circulation atmosphérique de grande échelle et ses changements dans les GCMs III. Mécanismes à lorigine des circulations grandes échelles dans des simulations idéalisés III.1. Impacts des changements de SST sur les circulations de grande échelle III.2. La circulation générale de latmosphère dans un GCM aqua-planète Conclusion et Perspectives

26 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. CGCM IPSLCM4 Climatology SST Sea ice [CO 2 ] GCM LMDZ 30 simulations of 1 year Output Input On met en place de simulations atmosphériques forcées mimant le modèle couplé IPSL-CM4: Étudions le rôle du changement de SST isolément des changements de glace de mer et de CO 2 : SimulationGlace de mer[CO 2 ]SST 1CO2A partir du Couplé 1x[CO 1 ]1x[CO 1 ]A partir du Couplé 1x[CO 1 ] 2CO2A partir du Couplé 2x[CO 1 ]2x[CO 1 ]A partir du Couplé 2x[CO 1 ] ΔSSTA partir du Couplé 1x[CO 1 ]1x[CO 1 ]A partir du Couplé 2x[CO 1 ] Méthode: Étude de linfluence isolée des changements de SST sur latmosphère

27 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Validation du protocole expérimental Couplé 2CO 2 -1CO 2 Forcé ΔSST – 1CO2 Precip (mm/jr) ΔSST représente les changements les plus robustes donnés par le modèle couplé dans la zone tropicale: Pression (Pa) Variation de T (K) Couplé 2CO 2 - 1CO 2 Forcé ΔSST-1CO 2 Precip (mm/jr) changement des précipitations, changement de stabilité statique, changement des circulations Hadley.

28 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. ΔSSTGMMSLS Décomposition du réchauffement des SSTs en composante Globale, Longitudinale et Méridionale [ΔT] ΔTΔT y x ΔTΔT y x ΔTΔT y x ΔTΔT y x ΔSST GM MSLS de S p Δ y SST Hadley cells Δ x SST Walker cells Simulations Global Mean Meridian Structure Longitudinal Structure

29 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Variation de la circulation de Hadley dans les simulations idéalisées ΔSST-1CO 2 GM -1CO 2 MS -1CO 2 LS -1CO 2 DJF Fonction de courant méridienne (10 10 kg/s) JJA Latitude P (Pa)

30 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Variation de lintensité et de lextension des cellules de Hadley Variation de lintensité Δ| | (en %) Déplacement des limites des cellules en degré ° Vers les pôles Vers léquateur Intensification Affaiblissement ΔSSTGMMSLS ΔSSTGMMSLS λ N DJF λ s JJA Les variations de lintensité des cellules de Hadley sont gouvernées par les gradients de SST, Laugmentation uniforme de SST diminue les cellules. Lextension des cellules semble liée aux changements de SST uniforme mais surtout aux gradients de SST.

31 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. BILAN Les changements robustes de la circulation de grande échelle des GCMs couplés sont modélisés par une augmentation uniforme des SSTs, via les changements de stabilité statique, Les gradients méridiens de SST ont une influence sur la circulation de Hadley. Δ y SST max. Ces changements déplacent lITCZ dans la simulation MS, La compréhension de linfluence des changements longitudinaux reste à déterminer pour des études futures. Ces changements ont peu dinfluence sur les structures méridiennes.

32 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Plan de la soutenance de thèse : Introduction I. Contexte: le changement climatique et la circulation générale de latmosphère II. La circulation atmosphérique de grande échelle et ses changements dans les GCMs III. Mécanismes à lorigine des circulations grandes échelles dans des simulations idéalisés III.1. Impacts des changements de SST sur les circulations de grande échelle III.2. La circulation générale de latmosphère dans un GCM aqua-planète Conclusion et Perspectives

33 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Étude de linfluence des gradients méridiens de SST dans des simulations aqua-planètes GCM atmosphérique LMDZ version standard: Sans continent ni glace de mer. Équinoxe de printemps perpétuel, (sans cycle saisonnier). Simulation SST(°C) REF_P2 27(1-3 /π) ou 0 si > 60° REF_P1 27(1-sin²(3 /2)) ou 0 si > 60° REFERENCEMoyenne entre FLAT et CONTROL REF_M1 27(1-sin 4 (3 /2)) ou 0 si > 60° REF_M2 27(1-sin 6 (3 /2)) ou 0 si > 60° SST(K) Latitudes Tableau: Présentation des simulations aqua-planètes Reference Ref_P1 Ref_P2 Ref_M1 Ref_M2

34 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Precipitation des simulations Aqua-planètes REF_P2 et REF_P1 : simple ITCZ très forte, REFERENCE : début de double ITCZ, valeur réaliste des précipitations, REF_M1 et REF_M2 : double ITCZ, faibles précipitations équatoriales. Latitudes Précipitation (mm/jr) Reference Ref_P1 Ref_P2 Ref_M1 Ref_M2

35 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Circulation de Hadley dans les simulations Aqua-planètes REF_P2 REFERENCE REF_M2 Fonction de courant méridienne (coutour) en kg/s Latitudes P (Pa) REF_P2 REF_P1REF_M2REF_M1REF Intensité max (10 10 kg/s) Diminution Δ y SST dans tropiques Affaiblissement Élargissement Extension (en ° latitude) Diminution Δ y SST dans tropiques REF_P2 REF_P1REF_M2REF_M1REF

36 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Transport dénergie Latitude Transport dénergie vE On calcule le transport dénergie dans latmosphère: ChaleurHumiditéGéopotentiel vE (10 18 W) REF_P2 REFERENCE REF_M2 Energie z*(m) T(K) q(kg/kg) Vers le N Vers le S P Latitude Énergie Massique efficace : ESE=[vE]/ max (en J/kg) Efficient Specific Energy

37 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Bilan dénergie BE (sources – puits dénergie) cste REF_P2REF_P1REF_M2REF_M1REF Diminution Δ y SST dans tropiques BE Bilan dénergie au niveau de la circulation de Hadley (10 15 W) BE (10 15 W) Dans les simulations, on constate que la somme des sources et puits dénergie varient peu transport dénergie [vE] constant. Or, la circulation de Hadley, donc ESE. Bilan dénergie de latmosphère:

38 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. BILAN (1/2) SST(K) Energie Géop. Heat Moist P(Pa) ΔSST REF_P2REF_M2

39 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. BILAN (1/2) SST(K) Energie Géop. Heat Moist P(Pa) ΔSST Une diminution du gradient méridien de SST modifie la répartition entre les différentes composantes du transport énergétique, si Δ y SST alors ESE, Les cellules de Hadley modulent leurs intensité pour réaliser le transport dénergie vers les pôles, si ESE alors Hadley. REF_P2REF_M2

40 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Largeur des cellules de Hadley dans les simulations Aqua-planètes Théorie classique des cellules de Hadley (Held et Hou, 1980, JAS): HH : extension donnée par la latitude où léquilibre radiatif convectif est possible. Plus récemment, des modèles alternatifs ont été construits (Held 2000): BC : extension donnée par la latitude où les jets subtropicaux deviennent instables barocliniquement. REF_P1 et REF_P2 : donnés par HH REF_M1 et REF_M2 : donnés par BC REF : donné ni par HH ni par BC REF REF_P1 REF_P2 REF_M1 REF_M2 REF+2K REF REF_P1 REF_P2 REF_M1 REF_M2 REF+2K

41 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Plan de la soutenance de thèse : Introduction I. Contexte: le changement climatique et la circulation générale de latmosphère II. La circulation atmosphérique de grande échelle et ses changements dans les GCMs III. Mécanismes à lorigine des circulations grandes échelles dans des simulations idéalisés III.1. Impacts des changements de SST sur les circulations de grande échelle III.2. La circulation générale de latmosphère dans un GCM aqua-planète Conclusion et Perspectives

42 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Conclusion Un affaiblissement et un élargissement de la circulation de Hadley sont diagnostiqués lors dun doublement de CO 2 dans les modèles couplés de lAR4: Conséquence robuste de laugmentation de stabilité statique, Les variations des tourbillons et des aires relatives entre zones subsidentes et ascendantes ont peu dincidences sur la circulation de Hadley. Pour isoler les processus expliquant les changements de circulation mis en évidence, on utilise dun GCM atmosphérique mimant un modèle couplé: Les changements de la circulation de Hadley (intensité et en extension) sont principalement donnés par les changements de gradients méridiens de SST, Les variations longitudinales des SSTs ont un impact faible sur les structures méridiennes (circulation de Hadley, ITCZ). Des simulations aqua-planètes ont alors été utilisées pour expliquer linfluence des gradients méridiens de SST: Les gradients méridiens de SST changent l «Énergie massique efficace » (ESE) du transport dénergie circulation de Hadley change, Les modèles conceptuels simples ne donnent pas une bonne position pour les limites des cellules et leurs déplacements.

43 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Intro. I/Contexte II/Changement des GCMs III/GCMs idéalisés Concl. Perspectives Comprendre les biais des modèles couplés en terme de circulation de Hadley Quel processus physique est à lorigine des biais de la circulation de Hadley. Nuages? Convection? Relier les changements de circulation tropicale aux changements du cycle hydrologique analyse des transports deau dans les régions de mousson (campagne AMMA). Expliquer plus en profondeur les déplacements vers les pôles des cellules de Hadley, des jets ou de la course des tempêtes trouver une théorie. Lextension vers les pôles de la cellule de Hadley permet de définir des régions sensibles. Impact sur climat régional? Exemple : la Méditerranée (270 M habitants). Relier les changements de circulation de grande échelle aux changements dhumidité relative (chapitre 4). Utiliser des simulations aqua-planètes pour diagnostiquer les paramétrisations dans les GCMs.

44 Merci de votre attention FIN

45 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Structure spatiale des changements atmosphériques Équation thermodynamique: Les changements radiatifs sont plus longitudinaux, ce qui diminue plus les circulations longitudinales (Walker) que méridiennes (Hadley). ΔX 2ΔV(X)=2(ΔV([X])+ΔV(X*)) MéridienneStationnaire/ Tourbillonnaire X = [X] + X* ΔV([ω ]) ΔV(ω *) ΔV([Q R ]) ΔV((Q R )*) ΔV((Q c )*) ΔV([Q c ]) Modèle IPSL-CM4 Diminution Augmentation Variation de la variance ΔV(X) (%) Diminution Augmentation Variation de la variance (en %) Zonal et stationnaire ΔV([X]) et ΔV(X*) On décompose une variable X suivant: Totale

46 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Changement des gradients de SST dans les modèles couplé de lAR4 SST (°C) Changement SST moyenne multi-modèle AR4 (A2) DJF Latitudes SST(K) Latitudes JJA Changement SST IPSL-CM4 simulation CMIP3 stabilisé Les changements de gradients méridiens de IPSL-CM4 sont opposés à la moyenne multi-modèle. IPCC (2007)

47 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Frierson (2007) in GRL GCM Aquaplanète avec pour forçage: Limite de la circulation de Hadley dans les simulations aqua-planètes Extension circulation Hadley Si T m λ S(N), Si ΔT λ S(N).

48 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Allan (2007) in GRL Tendance dans les précipitation tropicales Modèles: q de 7%/K (relation CC) Precip de 1-3%/K Observation Precip. : (GPCP/CMAP/SSMI) q de 7%/K P de 7%/K Explications: calibration/algo. Satellites faux refroidissement rad. des modèles (nuage/aérosol)

49 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Variations récentes de lintensité des cellules de Hadley Variations interannuelles liées à ENSO. Sur la période récente: Intensification de la circulation de Hadley dans les jeux de réanalyse. lintensification ne semble pas liée à ENSO. Mitas and Clement (2004) in GRL Intensité circulation Hadley DJF dans HN kg/s

50 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Variations récentes de la circulation de Walker Vecchi et al. (2006), in Nature On observe : SLP Intensité Walker Affaiblissement de la circulation de Walker

51 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Circulation de Hadley et transport dénergie Fonction de courant méridienne (10 10 kg/s) - ERA40 DJF JJA DJF JJA Transport de E (J) NCEP2 Latitudes Dans les tropiques, la circulation moyenne de latmosphère est forte, Dans les moyennes latitudes les ondes baroclines transitoire et stationnaire sont actives. Moyenne Totale Stationnaire Transitoire vE(10 15 W)

52 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… DJF JJA ERA :Velocity Potential 200hPa Circulation de Walker et ses variations interannuelles Webster (1983) Conditions normales Conditions El Niño Le potentiel des vitesses mesures les divergences et convergence dair. La circulation de grande échelle tropicale est constituée de plusieurs composantes : circulation de Hadley, circulation de Walker, circulation de mousson (Tanaka et al., 2004).

53 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Latitude DJFJJA z (10 15 W) Variation des circulations de Hadley par létude du potentiel de vitesse On étudie le potentiel de vitesse pondéré par z (Hourdin, 2006): Bilan: On confirme les résultats précédents…

54 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Décomposition en régimes dynamiques ω 500 (hPa/jr) PDF (%) Q R (W/m 2 ) Précipitation (mm/jr) S p (K/Pa) Équation thermodynamique: Les changements de stabilité statique S p causés par les changements globaux de SST (dans GM), sont les changements prépondérants.

55 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions…

56 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Le déplacement des cellules de Hadley Lu et al. (2007) in GRL

57 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… Étude dun réchauffement uniforme Expérience: OBSERVED (contour) OBSERVED+2K (couleurs) Latitude Pression (Pa) Fonction de courant méridien (10 10 kg/s) Intensité max kg/s Extension λ N(S) en ° OBSERVED OBSERVED+2K Intensité circulation de Hadley, Élargissement circulation de Hadley. Latitude SST(K) OBSERVED OBSERVED+2K

58 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… BILAN (2/2) SST(K) P(Pa) SST(K) P(Pa) SST+2K

59 Thèse de G. Gastineau21/01/2008 Questions… BILAN (2/2) SST(K) P(Pa) SST(K) P(Pa) SST+2K Lors dune augmentation uniforme de SST: la tropopause sélève vgz la circulation de Hadley diminue, la circulation de Hadley sétend vers les pôles,


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